Техническая диагностика как наука. Техническая диагностика. Основы теории технической диагностики

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Основные понятия и определения технической

диагностики

Техническая диагностика – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. Техническое состояние – состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект. В дальнейшем рассматриваются виды состояний: работоспособное и неработоспособное.

Общим понятием теории надежности и технической диагностики является работоспособность. Это понятие используется для обозначения класса состояний ОД, находясь в котором он выполняет свойственную ему работу. Состояние, при котором значения всех диагностических признаков, характеризующих способность ОД выполнять заданные функции, соответствуют установленным требованиям, называется работоспособным . В этом случае можно говорить, что оборудование функционирует штатно . Установленные требования образуют область работоспособности (ОР).

Неработоспособное состояние – состояние, при котором значение хотя бы одного диагностического признака, характеризующего выполнение заданной функции, не соответствует установленным требованиям. Если объект неработоспособен и выполняет часть функций, то он функционирует нештатно .

Процесс определения технического состояния объекта называется диагностированием . Различают рабочее и тестовое диагностирование. При рабочем диагностировании состояние объекта оценивается по выходным параметрам при подаче на его входы рабочих воздействий. При тестовом диагностировании состояние объекта оценивается по его реакции, вызываемой подаваемыми на его входы специальными тестовыми воздействиями.

Диагностирование может осуществляться различными методами. Метод диагностирования – совокупность операций, действий, позволяющих дать объективное заключение о состоянии объекта. Определение состояния объекта предусматривает наличие обоснованных алгоритмов диагностирования. Алгоритм диагностирования представляет собой совокупность предписаний, определяющих упорядоченную последовательность действий при проведении диагностирования. Они реализуются средствами диагностирования , под которыми понимаются аппаратура, программы и ремонтно-эксплуатационная документация, позволяющая оценить состояние технических объектов. Результат диагностирования, то есть заключение о техническом состоянии объекта, называют диагнозом .

Блок, устройство, прибор, оборудование, система, подлежащие (подвергаемые) диагностированию, называются объектом диагностирования (ОД) . Часть ОД, которую при диагностировании нельзя разделить на более мелкие, называют элементом (структурной единицей, СЕ). Любой объект диагностирования состоит из элементов. Например, генератор электростанции может рассматриваться как ОД из одной СЕ. Распределительная сеть может включать в себя как минимум три элемента (опору, провод, изолятор). Районная электрическая подстанция состоит из многих структурных единиц.

Все ОД с позиции используемого математического аппарата для описания изменения его состояния можно разделить на: непрерывные (аналоговые, кроме ЭВМ) и дискретные (цифровые) – ЭВМ (релейно-контакторные схемы).

Состояние ОД оценивается по диагностическим признакам. Диагностическим признаком (ДП) называют параметр или характеристику, используемую при диагностировании и несущую информацию об изменении состояния ОД:

параметры – физические величины: сила тока I , напряжение U, мощность P, время переходного процесса t пп и др.;

характеристики – зависимость одной физической величины от другой, а именно: статическая характеристика, если величина не зависит от времени, частоты. Например, внешняя характеристика U = f(I) генератора постоянного тока (рис.6.1,а) при смешанном 1, независимом 2, параллельном 3 возбуждении соответственно; динамическая характеристика, если такая зависимость есть. Например, амплитудно-частотная А=f(w) (рис.6.1,б), переходная h(t) характеристика(рис.6.1,в). Каждому состоянию соответствует определенное значение диагностического признака.

Электрическую сеть характеризуют две группы параметров: первая позволяет оценить электроэнергию с точки зрения потребителя , вторая - состояния сети в качестве надежного и безопасного канала транспортировки этой энергии. К первой группе относятся: частота, напряжение, ток, мощность, угол сдвига между током и напряжением, а также ряд параметров, характеризующих качество электроэнергии.

Ко второй группе можно отнести сопротивление изоляции, емкость сети по отношению к земле, т.е. все то, что позволяет оценить качество изоляции электрической сети.

Переход из класса работоспособных состояний, определяющих область работоспособности ОР, в класс неработоспособных называется отказом . При этом возможен полный отказ (момент t п.о ), приводящий к полной потере работоспособности и прекращению функционирования (отключение фидера при двух- и трехфазных замыканиях), и частичный отказ (момент t ч.о ) при однофазных замыканиях на землю), т.е. сеть продолжает функционировать с ухудшенными показателями качества электроэнергии (рис.6.2).

Существует третий тип отказа элемента – "перемежающийся", означающий, что он то исчезает, то снова появляется. Это затрудняет определение местоположения отказавшего элемента, так как при проверке оборудование может оказаться работоспособным, а через некоторое время неработоспособным.

Причиной потери работоспособности или резкого снижения запаса работоспособности является дефект от лат. defectus – изъян, недочет, недостаток.

В ОД, состоящем из нескольких элементов, дефектом является отказ элемента, нарушение связи или появление связи между элементами. Возникновение же дефекта в ОД, состоящего из нескольких элементов, не обязательно приводит к потере его работоспособности. При этом ОД сохраняет работоспособность при наличии в нем дефекта за счет избыточности (структурной, временной, информационной) или за счет того, что потеря работоспособности не всех элементов приводит к потере его работоспособности. Например, в гирлянде изоляторов воздушной линии появились нулевые элементы, в ОД возник дефект, но он не потерял работоспособности. В этом случае говорят, что запас работоспособности его снизился, а следовательно, повысилась вероятность его отказа в дальнейшем.

Дефекты разделяют на одиночные и кратные (несколько сразу), логические (нарушение алгоритмов) и физические (элементы, связи).

При диагностировании могут решаться следующие задачи:

: z 1 – контроль работоспособности (КР); z 2 – поиск места и определение причины отказа – дефекта(ПД); z 3 – прогнозирование изменения состояния (ПИС). Какие из этих задач решаются в процессе диагностирования зависит от условий его выполнения и особенностей электроэнергетического оборудования.

Первая задача обязательно решается при диагностировании объектов любого назначения. Контроль работоспособности предполагает проверку соответствия значений диагностических признаков ОД требованиям технической документации и определение на этой основе вида технического состояния в данный момент времени. Видами технического состояния являются работоспособное и неработоспособное. Поэтому в дальнейшем наряду с понятием контроль технического состояния употребляются понятия контроль работоспособности и контроль запаса работоспособности.

В том случае, когда ОД утратил работоспособность или запас работоспособности значительно снизился, при диагностировании может решаться вторая задача . Целесообразность решения ее определяется возможностью восстановления ОД, устранения возникшего дефекта, т.е. восстановления работоспособности ОД. В свою очередь, устранить возникший дефект можно только, если ОД ремонтопригоден и приспособлен к устранению возникающих в нем дефектов, а обслуживающий персонал имеет средства и время для его восстановления. Поиск возникшего дефекта начинается при условии, что уже известно о наличии дефекта, но неизвестно, какой именно дефект возник.

При решении третьей задачи изучается характер изменения диагностических параметров под влиянием внешних и внутренних воздействий и на основе сформировавшихся тенденций предсказывается значение параметров в будущий момент времени.

Наиболее распространенными сочетаниями задач, решаемых в процессе диагностирования являются:

контроль работоспособности (запаса работоспособности) и поиск возникшего дефекта;

контроль работоспособности (запаса работоспособности) и прогнозирование технического состояния;

контроль работоспособности (запаса работоспособности), поиск возникшего дефекта и прогнозирование технического состояния.

Первый случай имеет место тогда, когда диагностируется восстанавливаемый ОД. В этом случае на основе полученного диагноза обслуживающий персонал проводит работы по восстановлению его работоспособности. Второй случай характерен для ОД, когда обслуживающий персонал, учитывая диагноз, принимает решение об использовании или режиме его использования. Третий случай наблюдается при наличии у восстанавливаемого ОД необходимости установления срока его безотказного функционирования. Такое положение типично для диагностирования высокосложных и особо ответственных ОД.

При решении основных задач диагностирования возможны различные действия по формированию диагноза (рис.6.3):

а) при положительном результате КР:

выдача заключения о работоспособности ОД;

контроль запаса работоспособности (КЗР) объекта диагностирования и выдача заключения о его состоянии;

прогнозирование изменения состояния (ПИС) объекта диагностирования и выдача заключения о его состоянии;

б) при отрицательном результате КР:

выдача заключения о неработоспособности ОД;

поиск возникшего дефекта (ПД) и выдача заключения о состоянии ОД.

При этом возможны следующие виды диагноза:

1) "Работоспособен", "Годен", "Да";

2) степень работоспособности 10,...,50,...,100%;

3) оборудование проработает 10000ч;

4) "Неработоспособен", "Не годен", "Нет";

5) "Износ изоляции силового трансформатора".

В основу методологии технической диагностики положены следующие исходные положения.

1. Допущение о том, что объект может находиться в конечном множестве состояний S , которое определяется ограниченными возможностями измерительных средств (рис.6.4). В множестве S выделяются два непересекающихся подмножества : Sр – подмножество работоспособных состояний; Sн – подмножество неработоспособных состояний.

Подмножество Sр ={s i }, включает все состояния, которые позволяют ОД выполнить возложенные на него функции или решить поставленные перед ним задачи, т.е. когда ОД работоспособен. Каждое состояние в этом подмножестве различается запасом работоспособности, который характеризуется приближением состояния объекта к предельно допустимому. Состояние оценивается путем измерения и контроля параметров (рис.6.5) или характеристик.

Подмножество S н = {s j }, включает все состояния, соответствующие возникновению в объекте дефектов, приводящих к потере его работоспособности. Мощность подмножества S н определяется количеством различимых дефектов или глубиной поиска дефектов.

При допусковом контроле работоспособности i = 1, j = 1. Если дается заключение "не годен меньше-годен-не годен больше" i = 1, j = 2.

2. Решение задач по оценке состояния объекта сводится к анализу множества S , если отсутствует информация о состоянии ОД; подмножества S н или S р ,если информация о состоянии ОД имеется.

При контроле работоспособности проверяются условия работоспособности и полученные результаты относят к одному из подмножеств S р или S н . Условия работоспособности определяются как ограничения на диагностические признаки, при выполнении которых ОД может выполнить поставленные перед ним задачи или возложенные на него функции.

При поиске возникшего дефекта, когда установлено, что объект неработоспособен, осуществляется анализ подмножества состояний S н и устанавливается, какому именно состоянию s j соответствует его текущее состояние. В случае резкого снижения запаса работоспособности поиск дефекта возможен в подмножестве работоспособных состояний S р . Необходимость поиска дефектов определяется ремонтопригодностью объекта и требованием минимизации времени его технического обслуживания и восстановления.

При прогнозировании работоспособного состояния объекта осуществляется анализ подмножества S р состояний, причем каждому состоянию соответствует определенный запас работоспособности объекта. Анализ состояний объекта в подмножестве S р позволяет установить характер изменения запаса его работоспособности и в ряде случаев предсказать моменты перехода объекта в подмножество состояний S н и, следовательно, спрогнозировать состояние объекта.

3.Возникновение в объекте дефекта не означает, что он неработоспособен. Появление дефекта приводит к тому, что объект из одного состояния s k переходит в другое состояние s l . Однако при этом могут не нарушаться условия работоспособности. Это происходит в том случае, когда s k и s l относятся к подмножествусостояний S р (в случае резервирования). Таким образом, работоспособный объект может иметь дефект, так же как и неработоспособный. Следовательно, заключение о том, что ОД работоспособен, не означает, что в нем отсутствуют дефекты. С другой стороны, если ОД неработоспособен, то в нем обязательно имеется дефект.

4. В процессе диагностирования участвуют объект диагностирования (ОД), средства технического диагностирования (СТД) и человек оператор (ЧО). Их совокупность образует систему диагностирования (рис.6.6).

Рассмотренные положения являются основой, позволяющей создавать системы диагностирования ЭУ. При этом объект должен иметь диагностическое обеспечение – комплекс диагностических признаков, алгоритмы и средства, необходимые для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта.

Значительные расходы на содержание техники, прежде всего, обусловлены низким качеством ее обслуживания и преждевременным ремонтом. Для снижения затрат труда и средств на техническое обслуживание и ремонт необходимо повысить производи­тельность и улучшить качество выполнения этих работ за счет повышения надежности и эксплуатационной технологичности (ремонтопригодности) выпускаемых единиц, развития и лучшего использования производственно-технической базы предприятий, механизации и автоматизации технологических процессов, внедрения средств диагностирования и элементов научной организации труда.

Под надежностью понимают свойство составных частей машины выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Надежность в процессе эксплуатации зависит от ряда факторов: характера и объема выполняемых машиной работ; природно-климатических условий; принятой системы технического обслуживания и ремонта техники; качества и наличия нормативно-технической документации и средств технического обслуживания, хранения и транспортирования машин; квалификации обслуживающего персонала.

Надежность является комплексным свойством, включающим в себя в зависимости от назначения объекта или условий его эксплуатации ряд простых свойств:

1. Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.

2. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

3. Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

4. Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять требуемые эксплуатационные показатели в течение (и после) срока хранения и транспортирования.

В зависимости от объекта надежность может определяться всеми перечисленными свойствами или некоторыми из них. Например, надежность колеса зубчатой передачи, подшипников определяется их долговечностью, а станка - долговечностью, безотказностью и ремонтопригодностью

Автомобиль - это сложная система, состоящая из тысяч деталей с различными производственными и эксплуатационными допусками. Работа осуществляется в разных условиях, поэтому срок службы однотипных объектов различен – в зависимости от условий эксплуатации, режимов работы и качества элементов. Следовательно, каждую единицу необходимо направлять на ремонт в соответствии с ее фактическим состоянием.

При индивидуальном обследовании (контроль, диагностирование, прогнозирование) устанавливается Истинное техническое состояние каждого агрегата. Здесь может быть учтено влияние всего многообразия условий работы, квалификации оператора и других факторов, от которых зависит техническое состояние объекта.

Отсутствие специального контрольно-диагностического оборудования затрудняет обнаружение многих неисправностей. Старыми (преимущественно субъективными) методами можно выявить только значительные и очевидные отказы и отклонения. Стоимость проверки основных систем такими методами примерно на 70-75% выше, чем при использовании современных диагностических методов.

Метод технического диагностирования - совокупность технологических и организационных правил выполнения операций технического диагностирования.

Диагностика (от греческого diagnostikós – способный распознавать) – отрасль знаний, исследующая техническое состояние объектов диагностирования (машин, механизмов, оборудования, конструкций и других технических объектов) и проявление технических состояний, разрабатывающая методы их определения, при помощи которых дается заключение (ста­вится диагноз), а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования. Когда объектами диагностирования являются объекты технической природы, говорят о технической диагностике.

Диагностирование – это совокупность методов и средств для определения основных показателей технического состояния отдельных механизмов и машины в целом без их разборки либо при частичной разборке.

Результатом диагностирования является диагноз - заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта.

Достоверность диагностирования – вероятность того, что при диагностировании определяется то техническое состояние, в котором действительно находится объект диагностирования.

Техническое состояние - совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками и параметрами состояния, установленными технической документацией на этот объект.

Параметр состояния - физическая величина, характеризующая работоспособность или исправность объекта диагностирования и изменяющаяся в процессе работы.

Диагностическая операция - часть процесса диагностирования, выполнение которой позволяет определить один или несколько диагностических параметров объекта.

Технология диагностирования - совокупность методов, параметров и операций диагностирования, выполняемых планомерно и последовательно в соответствии с технологической документацией для получения конечного диагноза.

На рис. 1показана структура технической диагностики. Она характеризуется двумя взаимопроникающими и взаимосвязанными направлениями: теорией распознавания и теорией контролеспособности. Теория распознавания содержит разделы, связанные с построением алгоритмов распознавания, решающих правил и диагностических моделей. Теория контролеспособности включает разработку средств и методов получения диагностической информации, автоматизированный контроль и поиск неисправностей. Техническую диаг­ностику следует рассматривать как раздел общей теории надежности.

Диагностирование включает три основных этапа:

· получение информации о техническом состоянии объекта диагностирования;

· обработку и анализ полученной информации;

· постановку диагноза и принятие решения.

Первый этап заключается в определении параметров состояния объекта, установлении качественных признаков состояния и получении данных о наработке; второй - в обработке и сравнении полученных значений параметров состояния с номинальными, допускаемыми и предельными значениями, а также использовании полученных данных для прогнозирования остаточного ресурса; третий - в анализе результатов прогнозирования и установлении объема и сроков работ по техническому обслуживанию и ремонту составных частей машины.

Объект диагностирования - изделие и его составные части, подвергаемые диагностированию.

В технической диагностике рассматриваются следующие объекты.

Элемент - простейшая при данном рассмотрении составная часть изделия, в задачах надежности может состоять из многих деталей.

Изделие - единица продукции определенного целевого назначения, рассматриваемая в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации.

Система - совокупность совместно действующих элементов, предназначенная для самостоятельного выполнения заданных функций.

Понятия элемента, изделия и системы трансформируются в зависимости от поставленной задачи. Например, при установлении его собственной надежности станок рассматривается как система, состоящая из отдельных элементов - механизмов, деталей и т.п., а при изучении надежности технологической линии - как элемент.

Структура объекта - условная схема его строения, образуемая последовательным расчленением объекта на элементы структуры (составные части, сборочные единицы и т.п.).

При диагностировании различают рабочие воздействия, поступающие на объект при его функционировании, и тестовые воздействия, которые подаются на объект только для целей диагностирования. Диагностирование, при котором на объект подаются только рабочие воздействия, называется функциональным, а диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия,- тестовым техническим диагностированием.

Совокупность средств, исполнителей и объектов диагностирования, подготовленная к проверке параметров состояния или осуществляющая ее по правилам, установленным соответствующей документацией, называется системой технического диагностирования.

Диагностирование позволяет: снизить простои машин по техническим неисправностям за счет предупреждения отказов своевременной регулировкой, заменой или ремонтом отдельных механизмов и агрегатов; ликвидировать ненужные разборки отдельных механизмов и агрегатов и снизить скорость изнашивания деталей; правильно установить вид и объем ремонта и снизить трудоемкость текущего ремонта за счет сокращения разборочно-сборочных и ремонтных работ; полнее использовать ресурсы отдельных агрегатов и машины в целом, а следовательно, сократить общее количество ремонтов и расход запасных частей.

Опыт внедрения диагностирования показывает, что межремонтный ресурс увеличивается в 1,5...2 раза, число отказов и неисправностей уменьшается в 2...2,5 раза, а затраты на ремонт и техническое обслуживание сокращаются на 25...30%.

Кроме того система технических обслуживаний по фиксированному ресурсу (среднестатистическая система) не обеспечивает высокой надежности и минимальных затрат. Эта система постепенно отмирает, все шире внедряется новый и более экономичный метод обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию (диагностическая система). Что позволяет полнее использовать межремонтный ресурс машин, устранить необоснованную разборку механизмов, сократить простои вследствие технических неисправностей, снизить трудоемкость технического обслуживания и ремонта. Эксплуатация по техническому состоянию может принести выгоду, эквивалентную стоимости 30% общего парка машин.

В некоторых случаях целесообразно использование комбинированного (смешанного) диагностирования - представляющего совокупность регламентированного технического диагностирования и диагностирования по техническому состоянию.

Для диагностической и комбинированной систем требуются новые методы ис­следования, иной математический аппарат. В основу должна быть положена теория надежности. Необходимо глубже изучать и учитывать изменения физических законо­мерностей отказов, износов и старения деталей в механических системах. Важная роль в совершенствовании управления надежностью подвижного состава принадлежит разработке и внедрению методов прогнозирования технического состояния агрегатов автомобилей.

Цели и задачи технической диагностики. Связь диагностики и надежности

Целью технической диагностики является повышение надежности и ресурса технических систем. Мероприятия по сохранению надежности машин направлены на снижение скорости изменения параметров состояния (главным образом скорости изнаши­вания) их составных частей и предотвращение отказов. Как известно, наиболее важным показателем надежности является отсутствие отказов во время функционирования (работы) технической системы.

Техническая диагностика благодаря раннему обнаружению дефектов и неисправностей позволяет устранить отказы в процессе технического обслуживания, что повышает надежность и эффективность эксплуатации.

Описание презентации Основные термины и определения технической диагностики регламентированы действующими по слайдам

Основные термины и определения технической диагностики регламентированы действующими стандартами, например, российским ГОСТом 20911 -89 «Техническая диагностика. Основные термины и определения» . Ниже приведены наиболее часто употребляемые термины и определения. Техническое состояние – это совокупность свойств объекта, определяющих возможность его функционирования и подверженных изменению в процессе производства, эксплуатации и ремонта. Работоспособный объект – объект, который может выполнять возложенные на него функции. Зарождающийся дефект – потенциально опасное изменение состояния объекта в процессе его эксплуатации, при котором значение информативного параметра (или параметров) не вышло за пределы допусков, задаваемых в технической документации. Дефект – изменение состояния объекта в процессе его изготовления, эксплуатации или ремонта, которое потенциально может привести к уменьшению степени его работоспособности. Неисправность – изменение состояния объекта, приводящее к уменьшению степени его работоспособности.

Отказ – изменение состояния объекта, исключающее возможность продолжения его функционирования. Параметры состояния – количественные характеристики свойств объекта, определяющие его работоспособность, заданные в технической документации на изготовление, эксплуатацию и ремонт. Мониторинг – выполняемые без вмешательства в функционирование объекта процессы измерения, анализа и прогнозирования контролируемых параметров или характеристик объекта с отображением их во времени, сравнением с ретроспективными данными и с пороговыми значениями. Защитный мониторинг – мониторинг, обеспечивающий в случае возникновения аварийной ситуации прекращение функционирование объекта. Прогнозирующий мониторинг – мониторинг с прогнозом изменения контролируемых характеристик объекта на время, определяемое длительностью прогноза. Диагностика (диагностирование) – процесс определения состояния объекта.

Тестовая диагностика – процесс определения состояния объек та по его реакции на внешнее воздействие определенного типа. Функциональная (рабочая) диагностика – процесс определения состояния объекта без нарушения режима его функционирования. Диагностические показатели – значения параметров или характеристик объекта, совокупность которых определяет состояние объекта. Диагностический признак – свойство объекта, качественно отражающее его состояние, в том числе и появление различных видов дефектов. Диагностический сигнал – контролируемая характеристика объекта, используемая для выявления диагностических признаков. (По диагностическому сигналу могут классифицироваться виды мониторинга и диагностики, например, тепловой или вибрационный мониторинг и диагностика). Диагностический параметр – количественная характеристика измеряемого диагностического сигнала, входящая в совокупность показателей состояния объекта. Диагностический симптом – это разность между фактическим и эталонным значениями диагностического параметра.

Технические средства мониторинга – средства, предназначенные для измерения и анализа контролируемых характеристик объекта, а также для прогноза их возможных изменений. Программное обеспечение для мониторинга – программное обеспечение для поддержки баз данных, выполняемых для мониторинга измерений и/или для управления этими измерениями. Технические средства диагностики – средства, предназначенные для измерения диагностических параметров и постановки диагноза. Система мониторинга и диагностики – совокупность объекта, технических средств мониторинга и диагностики, а также (при необходимости) оператора и эксперта, обеспечивающая постановку диагноза и прогноза состояния объекта. Автоматическая диагностика – процесс определения состояния объекта диагностики без участия оператора по данным измерений, выполненных техническими средствами диагностики либо с помощью оператора, либо автоматически. Программы автоматической диагностики – программное обеспечение, позволяющее заменить эксперта персональным компьютером при решении типовых диагностических задач.

Диагностика в пространстве состояний – процесс определения состояния объекта по результатам непосредственного измерения параметров состояния. Диагностика в пространстве признаков – процесс определения остояния объекта по результатам измерения диагностических параметров, определяющих диагностические признаки, в том числе косвенно связанные с параметрами состояния объекта. Диагностическое правило – совокупность диагностических при знаков и параметров, характеризующих появление в объекте определенного вида дефектов или неисправностей и пороговых значений, разделяющих множества бездефектных объектов и объектов с разной величиной дефекта. Диагностическая модель – совокупность диагностических правил по всем потенциально опасным дефектам в объекте диагностики. Алгоритм диагностики – совокупность предписаний по выпол нению определенных действий, необходимых для постановки диагноза в соответствии с конкретной диагностической моделью объекта. Диагноз – заключение о состоянии технического объекта. Прогноз – заключение о степени работоспособности объекта в течение прогнозируемого периода, вероятности его отказа за этот период или об остаточном ресурсе объекта.

Технические средства мониторинга – средства, предназначен ные для измерения и анализа контролируемых характеристик объекта, а также для прогноза их возможных изменений. Программное обеспечение для мониторинга – программное обеспечение для поддержки баз данных, выполняемых для мониторинга измерений и/или для управления этими измерениями. Технические средства диагностики – средства, предназначенные для измерения диагностических параметров и постановки диагноза. Система мониторинга и диагностики – совокупность объекта, технических средств мониторинга и диагностики, а также (при необходимости) оператора и эксперта, обеспечивающая постановку диагноза и прогноза состояния объекта. Автоматическая диагностика – процесс определения состояния объекта диагностики без участия оператора по данным измерений, выполненных техническими средствами диагностики либо с помощью оператора, либо автоматически. Программы автоматической диагностики – программное обес печение, позволяющее заменить эксперта персональным компьютером при решении типовых диагностических задач.

Основные этапы технической диагностики Первым этапом оценки технического состояния любого объекта является определение номенклатуры дефектов, которые представляют наибольшую опасность для его функционирования и должны обнаруживаться в процессе диагностики. Второй этап – это определение совокупности максимально воз можных параметров состояния, диагностических признаков и диагностических параметров, которые могут быть измерены для определения технического состояния объекта. третий этап оценки технического состояния – это оптимизация совокупности измеряемых параметров состояния и диагностических параметров. Эта совокупность должна отражать развитие всех дефектов, определяющих ресурс контролируемого узла или машины в целом.

Функциональная и тестовая диагностика Функциональная диагностика осуществляется без нарушения режимов работы объекта, т. е. при выполнении им своих функций. По способу получения диагностической информации функциональная диагностика подразделяется на вибрационную, тепловую, электрическую и т. п.

Тестовая диагностика – это определение состояния объекта по результатам его реакции на внешнее воздействие. Отличительной особенностью этого вида диагностики является использование источника внешнего воздействия, например, генератора тестовых сигналов

Преимущества разрушающих методов контроля 1) Испытания обычно имитируют одно или несколько рабочих условий. Следовательно, они непосредственно направлены на измерение эксплуатационной надежности. 2) Испытания обычно представляют собой количественные измерения разрушающих нагрузок пли срока службы до разрушения при данном нагружении и условиях. Таким образом, они позволяют получить чистовые данные, полезные для конструирования или для разработки стандартов или спецификаций. 3) Связь между большинством измерений разрушающим контролем и измеряемыми свойствами материалов (особенно под нагрузкой, имитирующей рабочие условия) обычно прямая. Следовательно, исключаются споры по результатам испытания и их значению для эксплуатационной надежности материала или детали.

Недостатки разрушающих метода контроля 1) Испытания не проводят на объектах, фактически применяемых в эксплуатационных условиях. Следовательно, соответствие между испытываемыми объектами, применяемыми в эксплуатации (особенно в иных условиях), должно быть доказано иным способом. 2) Испытания могут проводиться только на части изделий из партии. Они возможно, будут иметь небольшую ценность, когда свойства изменяются oт детали к детали. 3) Часто испытания невозможно проводить на целой детали. Испытания в этом случае ограничиваются образном, вырезанным из детали или специального материала, обладающих свойствами материала детали, который будет применяться в рабочих условиях.

4) Единичное испытание с разрушением может определить только одно или несколько свойств, которые могут влиять на надежность изделия в рабочих условиях. 5) Разрушающие методы контроля затруднительно применять к детали в условиях эксплуатации. 6) Кумулятивные изменения в течение периода времени нельзя измерить па одной отдельной детали. Если несколько деталей из одной и той же партии испытывается последовательно в течение какого то времени, то нужно доказать, что детали были одинаковыми. Если детали применяются в рабочих условиях и удаляются после различных периодов времени, необходимо доказать, что каждая была подвержена воздействию аналогичных рабочих условий, прежде чем могут быть получены обоснованные результаты.

7) Когда детали изготовлены из дорогостоящего материала, стоимость замены вышедших из строя деталей может быть очень высока. При этом невозможно выполнить соответствующее количество и разновидности разрушающих методов испытаний. 8. Многие разрушающие методы испытаний требуют механической иди другой предварительной обработки испытываемого образца. Часто требуются крупногабаритные, дающие очень точные результаты, машины. В итоге стоимость испытании может быть очень высокой, а число образцов для испытаний ограниченным. Кроме того. эти испытания весьма трудоемки и могут прово диться только работниками высокой квалификации. 9. Разрушающие испытания требуют большой затраты человекочасов. Производство легален сюит чрезвычайно дорого, если соответствующие длительные испытания применяются как основной метод контроля качества продукции.

Преимущества неразрушающих методов контроля 1) Испытания проводятся непосредственно на изделиях которые будут применяться в рабочих условиях 2) Испытания можно проводить на любой детали предназначенной для работы в реальных условиях, если это экономически обосновано. Эти испытания можно проводить даже тогда, когда в партии имеется большое различие между деталями. 3) Испытания можно проводить на целой детали или на всех ее опасных участках. Многие опасные с точки зрения эксплуатационной надежности участки детали могут быть исследованы одновременно или последовательно, в зависимости от удобства и целесообразности

4) Могут быть проведены испытания многими НМК каждый из которых чувствителен к различным свойствам или частям материала или детали. Таким образом, имеется возможность измерить столько различных свойств, связанных с рабочими условиями, сколько необходимо. 5) Неразрушающие методы контроля часто можно применять к детали в рабочих условиях, без прекращения работы, кроме обычного ремонта или периодов простоя. Они не нарушают и не изменяют характеристик рабочих деталей. 6) Неразрушающие методы контроля позволяют применить повторный контроль данных деталей в течение любого периода времени.

7) При неразрушающих методах испытании детали, изготовленные из дорогостоящею материала, не выходят из строя при контроле. Возможны повторные испытания вовремя производства или эксплуатации, когда они экономически и практически оправданы. 8) При неразрушающнх методах испытаний требуется небольшая (иди совсем не требуется) предварительная обработка образцов некоторые устройства для испытаний обладают высоким быстродействием, в ряде случаях контроль может быть полностью автоматизированным. . стоимость НМК ниже, чем соответствующая стоимость разрушающих методов контроля. 9) большинство неразрушающих методов испытания кратковременны и требуют меньшей затраты человеко-часов, чем типичные разрушающие методы испытании.

Недостатки неразрушающих методов контроля 1) Испытания обычно включают в себя косвенные измерения свойств, не имеющих непосредственного значения при эксплуатации. Связь между этими измерениями и эксплуатационной надежностью должна быть доказана другими способами. 2) Испытания обычно качественные и редко- количественные. Обычно они не лаки возможности измерения разрушающих нагрузок и срока службы до разрушения лаже косвенно. Они могут, однако, обнаружить дефект или проследить процесс разрушения. 3) Обычно требуется исследования на специальных образцах и исследование рабочих условий для интерпретирования результатов испытания. Там. где соответствующая связь не была доказана. И в случаях, когда возможности методики ограничены, наблюдатели могут не согласиться в оценке результатов испытаний.

Методы НК основаны на использовании различных физических полей, излучений и веществ для получения информации о качестве исследуемых материалов и изделий. Согласно ГОСТ 18353– 79 методы НК классифицируются в соответствии с физическими процессами взаимодействия физического поля или вещества с объектом контроля Виды неразрушающего контроля

Вид контроля Классификация методов НК по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом по первичному информативному параметру по способу получения первичной информации Магнитный Kоэрцитивной силы Намагниченности Остаточной индукции Магнитной проницаемости Напряженности Эффекта Баркгаузена Магнитопорошковый Индукционный Феррозондовый Эффект Холла Магнитографический Пондеромоторный Магниторезисторный Электрический Трибоэлектрический Термоэлектрический Электропотенциальный Электроемкостный Электростатический порошковый Электропарамет рический Электроискровой Рекомбинационного излучения Экзоэлектронной эмиссии Шумовой Контактной разности потенциалов

Вихретоко-вый Прошедшего из лучения Отраженного из лучения Амплитудный Фазовый Частотный Спектральный Многочастотный Трансформатор ный Параметрический Радиовол-новый Прошедшего излучения Отраженного излучения Рассеянного излучения Резонансный Амплитудный Фазовый Частотный Временной Поляризацион ный Геометрический Детекторный (диодный) Болометрический Термисторный Интерференцион ный Голографический Жидких кристаллов Термобумаг Термолюмино форов

Вид контроля Классификация методов НК по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом по первичному информативному параметру по способу получения первичной информации Фотоуправляемых Полупроводниковых Пластин Калориметрический Тепловой контактный Конвективный Собственного излучения Термометрический Теплометрический Пирометрический Жидких кристаллов Термокрасок Термобумаг Термолюминофоров Термозависимых параметров Оптический интерфереционный Калориметрический

Оптический Прошедшего излучения Отраженного излучения Рассеянного излучения Индуцированного излучения Амплитудный Фазовый Временной Частотный Поляризационный Геометрический Спектральный Интерференционный Нефелометрический Голографический Рефрактометрический Рефлексометрический Визуально оптический Акустический Прошедшего излучения Отраженного излучения (эхо-метод) Резонансный Импедансный Свободных колебаний Акустико-эмиссионный Амплитудный Фазовый Временной Частотный Спектральный Пьезоэлектрический Электромагнитно Акустический Микрофонный Порошковый

Вид контроля Классификация методов НК по характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом по первичному информативному параметру по способу получения первичной информации Радиационный Прошедшего излучения Рассеянного излучения Активационного анализа Характеристического Излучения Автоэмиссионный Плотности потока энергии Спектральный Сцинтилляционный Ионизационный Вторичных электронов Радиографический Радиоскопический

Классификация методов контроля проникающими веществами (капиллярных и технических) Молекулярный Жидкостный Газовый Яркостный (ахро матический) Цветной (хрома тический) Люминесцентный Люминесцентно-цветной Фильтрующихся частиц Масс-спектрометрический Пузырьковый Манометрический Галогенный Радиоактивный Каторометрический Высокочастотного разряда Химический Остаточных устойчивых деформаций

2. Первичный информативный параметр – конкретный пара метр поля или вещества (амплитуда поля, время его распростране ния, количество вещества и т. д.), изменение которого используют для характеристики контролируемого объекта. 3. Способ получения первичной информации – конкретный тип датчика или вещества, которые используют для измерения и фикса ции выбранного информационного параметра. Каждый из видов контроля подразделяют на методы по следующим трем признакам. 1. Характер взаимодействия поля или вещества с объектом. Взаимодействие должно быть таким, чтобы контролируемый при знак объекта вызывал определенные изменения поля или состояния вещества.

Дефектоскопия – наука о принципах, методах и средствах обна ружения дефектов. Под дефектоскопией понимают также комплекс физических методов и средств выявления дефектов в материале заго товок, полуфабрикатов и деталей (в том числе и деталей в сборе), а также в сварных швах, клепаных и паяных соединениях и др. Дефекты подразделяются на явные и скрытые В зависимости or возможного влияния дефекта на служебные свойства детали дефекты могут быть: -критическими -значительными; -малозначительн ыми

1. Магнитный вид НК основан на анализе взаимодействия магнитного поля с контролируемым объектом. применяется для контроля объектов из ферромагнитных материалов (обнаружение поверхностных и скрытых дефектов).

Информативные параметры: 1) магнитная проницаемость, намагниченность, остаточная намагниченность – используются для характеристики материала ферромагнетика (например, для контроля степени закалки стали, ее прочностных характеристик и других свойств); 2) намагниченность насыщения – используется для определения наличия и количества ферритной составляющей в неферромагнитном материале (величина намагниченности насыщения тем больше, чем больше содержание феррита); 3) сила, которую необходимо приложить, чтобы оторвать пробный магнит от объекта контроля – используется для оценки потока магнитного поля (например, чтобы измерить толщину неферромагнитного покрытия на ферромагнитном основании); 4) напряженность магнитного поля – используется для измерения (другим способом) толщины неферромагнитного покрытия на ферромагнитном основании; 5) градиент напряженности магнитного поля – используется для выявления дефектов несплошности.

Методы Индукционный – информацию о магнитной проницаемости и ее изменении в зависимости от напряженности магнитного поля получают с помощью катушки индуктивности. Применяется преимущественно для обнаружения раковин, непроваров и других скрытых дефектов. Существенным недостатком индукционного метода контроля является его малая чувствительность к поверхностным дефектам типа волосовин, шлаковых включений и т. д. Магнитопорошковый – основан на использовании местного изменения магнитной проницаемости, обусловленного дефектом. Информацию о наличии дефекта в поверхностном и подповерхностном слоях ферромагнитного материала получают с помощью магнитного порошка. Магнитографический – вместо магнитного порошка для регистрации рассеянного магнитного поля применяют магнитную ленту (типа применяемой в магнитофонах, но более широкую). Считывание сигналов о дефектах прибором, датчиком которого служит магнитная головка. Метод позволяет обнаруживать дефекты в более толстом поверхностном слое, но при этом теряется наглядность, присущая магнитопорошковому методу.

Феррозондовый – датчики типа феррозондов используют для обнаружения полей рассеивания на дефектах и измерения магнитных характеристик материалов Развитие магнитного вида НК – по следующим направлениям: 1) изыскание способов отстройки от мешающих факторов; 2) изучение особенностей магнитных полей изделий сложной фор мы, содержащих дефекты; 3) разработка новых высокочувствительных преобразователей; 4) использование потенциальных возможностей эффекта Баркгаузена (эффект Баркгаузена: высокоточное измерение кривой намагничивания В (Н) показало, что она имеет скачкообразный характер в области крутого подъема), а также таких магнитных эффектов, как ядерный, электронный, магнитный резонансы.

2. Электрический вид НК основан на регистрации параметров электрического поля, взаимодействующего с контролируемым объектом (это – электрический метод), или поля, возникающего в контролируемом объекте в результате внешнего воздействия (термоэлектрический и трибоэлектрический методы). Первичные информативные параметры – электрические емкость или потенциал. Методы 1. Емкостной – применяется для контроля диэлектрических или олупроводниковых материалов. По изменению диэлектрической проницаемости, в том числе ее реактивной части (диэлектрическим потерям), контролируют химический состав пластмасс, полупроводников, наличие в них несплошностей, влажность сыпучих материалов и другие свойства.

2. Электрического потенциала – применяется для контроля про водников. Измеряя падение потенциала на некотором участке, контролируют толщину проводящего слоя, наличие несплошностей вблизи поверхности проводника. Электрический ток огибает поверхностный дефект, по увеличению падения потенциала на участке с дефектом определяют глубину несплошности; 3. Термоэлектрический – применяют для контроля химического состава материалов. Например, нагретый до заданной температуры медный электрод прижимают к поверхности изделия и по возникаю щей контактной разности потенциалов определяют марку стали, титана, алюминия или другого материала, из которого сделано изделие. 4. Экзоэлектронной эмиссии - с использованием эмиссии ионов с поверхности изделия под влиянием внутренних напряжений. 5. Электроискровой – по параметрам электрического пробоя из меряются характеристики исследуемой среды. 6. Электростатического порошка – с помощью наэлектризованного порошка определяются дефекты в диэлектриках. Развитие метода – интенсивное изучение мало используемых методов: 1) экзоэлектронной эмиссии; 2) электроискрового; 3) электростатического порошка

3. Вихретоковый вид НК основан на анализе взаимодействия лектромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Практически в дефектоскопии используются вихревые токи с частотой до 1 млн Гц. Применяется только для контроля изделий из электропроводящих материалов, в том числе цветных, немагнитных металлов (меди, латуни, алюминия и т. д.) Принцип контроля. Вихревые токи возбуждают в объекте с помощью преобразователя в виде катушки индуктивности, питаемой переменным или импульсным током. Приемным преобразователем (измерителем) служит та же или другая катушка. Интенсивность и распределение вихревых токов в объекте зависят: – от геометрических размеров объекта, – от электрических и магнитных свойств материала объекта, – от наличия в материале несплошностей, – от взаимного расположения преобразователя и объекта.

Методы 1. Отраженного излучения. 2. Прохождения – возбуждающая и приемная катушки располагаются или с одной стороны, или по разные стороны от контролируемого объекта. Развитие метода – по следующим направлениям: 1) изыскание путей контроля изделий сложной конфигурации и многослойных объектов; 2) усовершенствование способов отстройки от мешающих пара метров; 3) разработка многодатчиковых и многочастотных систем для комплексного контроля свойств объекта.

4. Радиоволновой вид НК основан на регистрации изменений пара метров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействую щих с контролируемым объектом. Обычно применяют волны сверх высокочастотного диапазона (СВЧ) длиной 1– 100 мм. Применяется для контроля изделий из материалов, где радио волны не очень сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керами ка, стекловолокно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводни ки, тонкостенные металлические объекты. Первичные информативные параметры – амплитуда, фаза, поляризация, частота, геометрия распространения вторичных волн, время их прохождения и др. Методы. По характеру взаимодействия с объектом контроля различают методы: прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный.

5. Тепловой вид НК основан на регистрации изменений тепловых или температурных полей контролируемых объектов. Применяется для объектов из любых материалов. Первичные информативные параметры – температура или тепловой поток. Они измеряются контактными или бесконтактными способами. При бесконтактном способе передача теплоты происходит в основном за счет радиации, т. е. излучения электромагнитных волн в инфракрасной или видимой части спектра в зависимости от температуры объекта. Наиболее эффективное средство бесконтактного наблюдения, регистрации температурных полей и тепловых потоков – сканирующий термовизор.

Методы. По характеру взаимодействия поля с контролируемым объектом различают методы: 1. Пассивный или собственного излучения – на объект не воздействуют внешним источником энергии. Измеряют тепловые потоки или температурные поля работающих объектов. Неисправности про являются в местах повышенного нагрева. Так выявляют места утечки теплоты в зданиях, участки электрических цепей и радиосхем с повышенным нагревом, находят трещины в двигателях и т. д. ; 2. Активный – объект нагревают или охлаждают от внешнего источника контактным или бесконтактным способом, стационарным или импульсным источником теплоты и измеряют температуру или тепловой поток с той же или с другой стороны объекта. Это позволяет обнаруживать несплошности (трещины, пористость, инородные включения) в объектах, изменения в структуре и физикохимических свойствах материалов по изменению теплопроводности, тепло емкости, коэффициенту теплоотдачи. Таким способом выявляют участки с плохой теплопроводностью в многослойных панелях. Не плотное прилегание слоев и дефекты обнаруживают как участки повышенного или пониженного нагрева поверхности панели.

6. Оптический вид НК основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с контролируемым объектом. Применяется очень широко благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. 1. Наружный контроль. Возможность его применения не зависит от материала объекта. 2. Контроль прозрачных объектов. Обнаружение макро и микро дефектов, структурных неоднородностей, внутренних напряжений (по вращению плоскости поляризации). 3. Использование интерференции позволяет с точностью до 0, 1 длины волны контролировать сферичность, плоскостность, шероховатость, толщину изделий. 4. Дифракцию применяют для контроля диаметров тонких воло кон, толщины лент, форм острых кромок.

Первичные информативные параметры – амплитуда, фаза, степень поляризации, частота или частотный спектр, время прохождения света через объект, геометрия преломления или отражения лучей. Методы 1) По характеру взаимодействия с контролируемым объектом различают методы: прошедшего, отраженного, рассеянного и индуцированного излучения (индуцированное излучение – оптическое излучение объекта под действием внешнего воздействия, например, люминесценция). 2) По способу получения первичной информации различают: – органолептический визуальный контроль, с помощью которого находят видимые дефекты, отклонения от заданных формы, цвета и т. д. ; – визуальнооптический контроль – проводится с применением инструментов: – лупы, микроскопы, эндоскопы – для осмотра внутренних полостей; – проекционные устройства – для контроля формы изделий, спроецированных в увеличенном виде на экран.

7. Радиационный вид НК основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с контролируемым объектом. Объект «просвечивается» рентгеновским или гаммаизлучением, потоками нейтронов, электронов или протонов. Теневое изображение объекта регистрируется на фотопленке (рентгенография, нейтронография и пр.) либо на специальном флюоресцирующем или телевизионном экране (рентгеноскопия) с увеличением изображения в необходимых случаях или с применением других способов улучшения наблюдаемости дефектов. Применение. Наиболее широко используются для контроля рентгеновское и гаммаизлучение (их можно использовать для контроля изделий из самых различных материалов, подбирая соответствующий частотный диапазон) Первичный информативный параметр – плотность потока из лучения: в местах утонений и дефектов плотность прошедшего потока возрастает.

Методы 1. По характеру взаимодействия с контролируемым объектом основным способом радиационного (рентгеновского и гамма) контроля является метод прохождения. Он основан на разном поглощении ионизирующего излучения материалом изделия и дефектом. 2. В зависимости от природы ионизирующего излучения выделяют: рентгеновский, гамма, бета (поток электронов), нейтронный методы контроля. Находят применение потоки позитронов: по степени их поглощения определяют участки объекта, обедненные или обогащенные электронами. 3. По используемому приемнику излучения выделяют: – радиографический метод (приемник излучения – рентгеновская пленка), – радиометрический метод (приемник излучения – сканирующий сцинтилляционный счетчик частиц и фотонов), – радиоскопический метод (приемник излучения – флюоресцирующий экран с последующим преобразованием изображения в телевизионное).

8. Акустический вид НК основан на регистрации параметров упругих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. Применяется ко всем материалам, достаточно хорошо проводя щим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бето ну и т. д. Первичные информативные параметры – например, количество сигналов в единицу времени, амплитудночастотный спектр сигнала, локация места возникновения упругих волн, время задержки прихода отраженного импульса. Методы 1. По используемой частоте различают: – Ультразвуковые методы – используют упругие волны ультра звукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 к. Гц). Эти вол ны возбуждаются и принимаются, как правило, пьезопреобразователями. Учитывая сильное отражение ультразвука от тончайших воздушных зазоров, для передачи волн от пьезопреобразователя к изделию используют жидкостный контакт. – Методы, использующие звуковые частоты. Для возбуждения волн звукового диапазона кроме пьезопреобразователей применяют ударное воздействие, а для приема – микрофоны.

2. По характеру взаимодействия с объектом различают: 1) пассивные методы – регистрируются упругие волны, возни кающие в само ′м объекте: – Шумовибрационный – основан на том, что шумы работающего механизма позволяют судить о его исправности и неисправности и даже о характере неисправности. – Вибрационный – регистрируется вибрация определенных узлов механизма и оценивается работоспособность этих узлов. – Акустической эмиссии – использует упругие волны ультразвукового (реже – звукового) диапазона, появляющиеся в результате перестройки структуры материала, вызываемой: движением групп дислокаций, возникновением и развитием трещин, аллотропическими превращениями в кристаллической решетке.

2) активные методы: – Ультразвуковой – основан на использовании результатов измерения интенсивности пропускаемого контролируемым образцом или отраженного им ультразвукового сигнала. Для контроля используют стоячие волны (вынужденные или свободные колебания объекта контроля или его части) и бегущие волны по схемам прохождения или отражения. Метод используется для обнаружения трещин, раковин и других нарушений сплошности, а также для выявления неоднородностей структуры, плотности и т. д. внутри или на поверхности металлических, пластмассовых и др. деталей. Наилучшие результаты – при обнаружении больших резко очерченных изменений плот ности или структуры в исследуемом образце, например, при обнаружении значительных по размерам трещин или пустот, определении границ раздела материалов, существенно различающихся по плотности.

Методы колебаний – для измерения толщин (при одностороннем доступе) и контроля свойств материалов (модуля упругости, коэффициента затухания). – Импедансный метод – основан на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. Определяют: твердость материала изделия, податливость его поверхности (податливость улучшается под влиянием дефектов, близких к поверхности изделия). – Эхо метод, или метод отражения. Посланный ультразвуковой импульс отражается от нижней поверхности объекта или от дефекта, и по амплитуде и времени прихода отраженных импульсов судят о дефекте. Метод очень широко применяется для дефектоскопии металлических заготовок и сварных соединений, контроля структуры металлов, измерения толщины труб и сосудов; – Метод прохождения – им дефектоскопируют изделия простой формы (листы), оценивают прочность бетона, дерева и др. материалов, в которых прочность коррелирует со скоростью звука.

Развитие акустического метода – по следующим направлениям: 1) разработка новых способов обработки информации: очень перспективна вычислительная ультразвуковая голография; 2) разработка бесконтактных преобразователей – лазерных возбудителей и приемников, электромагнитноакустических преобразователей, основанных на возбуждении колебаний поверхности объекта внешним электромагнитным полем; 3) отстройка от шумов, главным образом связанных с отражением упругих волн от структурных неоднородностей, например, границ кристаллов в поликристаллическом материале; 4) применение специфических типов упругих волн в твердом теле: поверхностных волн, волн в пластинах и стержнях; 5) разработка средств высокоточного измерения скорости ультразвуковых волн.

9. НК проникающими веществами Неразрушающий контроль проникающими веществами основан на проникновении пробных веществ в полость дефектов контролируемого объекта. Применение: для обнаружения слабо видимых невооруженным глазом поверхностных дефектов (капиллярные методы) и для выявления сквозных дефектов в перегородках (методы течеискания). Методы: 1. Капиллярные – основаны на капиллярном проникновении в полость дефекта индикаторной жидкости (керосина, скипидара), хорошо смачивающей материал изделия; 2. Течеискания – в полость дефекта пробное вещество проникает либо под действием разности давлений, либо под действием капиллярных сил.

Дефекты продукции и их обнаружение В соответствии с ГОСТ 15467 дефектом называется каждое от дельное несоответствие продукции установленным требованиям. Дефекты, встречающиеся в деталях машин, можно подразделить: 1) по возможности обнаружения – – на явные, обнаружение которых возможно предусмотренными правилами, методами и средствами контроля, хотя они могут и не выявляться визуально, и – скрытые, к ним относятся дефекты, выявление которых не пре дусмотрено нормативной документацией; они обычно выявляются при обнаружении явных дефектов или в процессе эксплуатации;

2) по местоположению – – на локальные (трещины, риски, неметаллические включения и т. д.), – расположенные в ограниченных зонах объема или поверхнос ти детали (зоны ликвации, неполной закалки, коррозионного пора жения, местный наклеп и т. д.); их можно подразделить на внутрен ние (глубинные) и наружные (поверхностные и подповерхностные), – распределенные во всем объеме детали или по всей ее поверхно сти (общее несоответствие химического состава, структуры, качества механической обработки и т. д.); 3) по форме, размерам и ориентировке – – на резкие концентраторы напряжений и – нерезкие концентраторы напряжений;

4) по этапу возникновения – – на конструктивные, – производственные (ремонтные), возникающие в процессах из готовления, сборки или ремонта изделия, – эксплуатационные, зарождающиеся и/или развивающиеся в процессе эксплуатации изделия, 106 – аварийные; 5) по возможности устранения – – на устранимые, устранение которых технически возможно и экономически целесообразно, и – неустранимые. Примечание. Отнесение дефекта к той или иной категории определяет ся техническими возможностями и экономической целесообразностью. По мере совершенствования технологических процессов неустранимые дефекты могут стать устранимыми;

6) по возможности использования продукции – – на критические (делают использование продукции практичес ки невозможным или недопустимым), – значительные (оказывают существенное влияние на возмож ность использования изделия по назначению или снижают его дол говечность) и – малозначительные (не оказывают существенного влияния ни на использование изделия по назначению, ни на его долговечность).

Конструктивные дефекты – это несоответствие требованиям технического задания или установленным правилам разработки (модернизации) продукции. Они являются следствием несовершенства конструкции и ошибок при конструировании. Причины таких дефектов могут быть различными: 1) неправильный выбор материалов; 2) неправильное назначение режимов термической обработки; 3) неправильное назначение допусков в сопряжениях; 4) заниженный класс чистоты поверхности деталей; 5) неверное определение размеров деталей (результатом этого могут быть слишком большие действующие напряжения);

6) нерационально выбранная форма детали; 7) малые радиусы галтелей (это может явиться причиной слишком больших коэффициентов концентрации напряжений в опасных сечениях); 8) создание концентраторов напряжений в опасных сечениях (на пример, расположение отверстия для смазки в месте с высоким уровнем напряжений); 9) малая выносливость деталей изделия; 10) низкая жесткость конструкции (повышение вибрации); и т. д. Своевременное выявление конструктивных дефектов позволит непрерывно совершенствовать выпускаемую продукцию, повышать ее надежность и долговечность.

Производственные дефекты и их обнаружение К этим дефектам относится несоответствие требованиям нормативной документации на изготовление или поставку продукции. Они возникают обычно в результате нарушений техпроцесса при производстве или восстановлении деталей, узлов и машин в целом, а так же при неправильно назначенных технологических процессах. Производственные дефекты, если они не были выявлены в процессе изготовления или восстановления изделия, проявляются, как правило, в начальный период эксплуатации. Дефекты этой группы могут возникнуть вследствие применения материала не соответствующей марки, отступления от размеров и допусков на изготовление и ремонт деталей, нарушения технологии механической или термической обработки деталей, нарушения технологических процессов сборки или регулировки изделия или его узлов и блоков и т. д.

Дефекты плавления и литья Литье – это технологический процесс изготовления заготовок и изделий путем заполнения жидким материалом формы или изложницы с последующим его затвердеванием. Изложница – это форма простых геометрических очертаний обычно с небольшой конусностью. Отлитый в изложницу слиток является заготовкой для дальнейшей обработки. Литейная форма имеет конфигурацию, близко или точно (точное литье) повторяющую конфигурацию изделия. Для получения пустотелых отливок в форму вставляют стержни, воспроизводящие конфигурацию внутренних полостей. Формы и изложницы делают разъемными для удобства извлечения слитка или отливки. Через литниковую систему в них заливают жидкий материал и обеспечивают возможность выхода образующихся газов и излишков материала.

Отклонение химического состава (и, как следствие, физических и химических свойств металла отливок) от заданного вызывается неправильным расчетом шихты или нарушением режима ведения плавки металла. Этот дефект является неустранимым. В результате изменяются механические свойства сплава, что может привести к преждевременному разрушению изготовленной из него детали, ее ускоренному изнашиванию и т. п. Дефект обнаруживают с помощью экспрессного химического анализа жидкого или застывшего металла, а также применяя электрические (по изменению термо. ЭДС) и электроиндуктивные методы контроля.

Ликвация – неоднородность химического состава в отдельных зонах слитка или детали. Возникает как изза плохого перемешивания жидкого металла, так и в процессе остывания и кристаллизации материала отливки. В зоне ликвации механические характеристики металла могут быть пониженными. Различают следующие виды ликваций. Дендритная ликвация – неоднородность химического состава по объему зерна (по скелету кристалла, имеющего древовидное, или дендритное, строение). Вызвана тем, что при остывании сначала кристаллизуется аустенит* с малым содержанием углерода, а затем – с большим. Ликвация по удельному весу проявляется в обогащении нижней части слитка или отливки компонентами с большим удельным весом в результате плохого перемешивания жидкого металла. Зональная ликвация проявляется в отличии химического состава металла в дендритах и междендритных промежутках, в обогащении легкоплавкими составляющими центральной части слитка. Ликвацию обнаруживают по разному поглощению рентгеновских и гаммалучей, химическим и металлографическим анализом повер хностей или сечений металла.

Газовые поры представляют собой оставшиеся после затвердевания внутри отливки или в ее поверхностном слое растворенные в жидком металле газы. Они имеют форму округлых пузырьков и гладкую поверхность. Поры объединяются иногда в более крупные газовые пузыри. Появляются в результате плохой газопроницаемости формовочной земли, плохой вентиляции формы и стержней, неудов летворительного качества металла и высокой температуры его заливки. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную поверхность, то он заваривается в процессе обработки давлением. В высококачественной отливке поры и пузыри недопустимы. Для обнаружения применяют радиационные методы контроля.

Неметаллические включения возникают от недостаточной очистки зеркала расплавленного металла от шлака и флюса перед разливкой, плохого отвода их в процессе разливки. К включениям относят также окислы железа и различных металлов, добавляемых в процессе плавки, частицы огнеупорного и формовочного материала, электродов и т. п. Включения могут быть расположены в самых различных местах отливки. Земляные включения в отливках появляются в результате плохой отделки и очистки форм, небрежной их сборки, неправильного выполнения литниковой системы и заливки форм неспокойной струей металла. Шлаковые включения могут возникать в отливках в случае плохой очистки заливаемого металла и неправильного расположения или отсутствия шлакоуловителей. Специфическим типом включений являются окисные плены в виде тон ких и хрупких прослоек окисленного металла. Они образуются на зеркале и в струе расплавленного металла. Неметаллические включения обнаруживают радиационными и ультразвуковыми методами контроля, а плены – ультразвуковыми. В случае выхода на поверхность их обнаруживают методами поверх ностной дефектоскопии.

Усадочные раковины представляют собой пустоты, образующиеся из-за нарушения правильности усадки металла отливок при не равномерном их охлаждении или недостатка металла в процессе его затвердевания. Механизм образования усадочных раковин в общем случае состоит в следующем. Верхнюю часть изложницы (или сложной литейной формы) утепляют, замедляя теплоотвод. В результате здесь металл застывает последним. При застывании объем металла уменьшается, из него выделяются газы. В результате этих причин вверхней части слитка образуется усадочная раковина. Появлению усадочных раковин способствуют: неправильное расположение при былей и холодильников, излишне высокая температура металла в момент его заливки и неудачная конструкция отливаемых деталей. Характерным для усадочных раковин является их неправильная форма и грубая поверхность. Если литье производилось с целью по лучения деталей, в которых усадочные раковины недопустимы, то отливка бракуется. В слитках обычно усадочная раковина вместе счастью слитка удаляется.

ЛЕКЦИЯ 1

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

1. Общие понятия и определения

Задачи технической диагностики

Техническая диагностика определяет состояние, в котором находится технический объект (устройство, система).

Под состоянием технического объекта понимается совокупность его параметров (значения сигналов, возможность выполнять те или иные функции). Параметры делят на основные (характеризуют выполнение системой заданных функций) и вспомогательные (удобство эксплуатации, внешний вид и проч.).

Различают четыре вида состояний объекта :

исправное (система соответствует всем, предъявляемым к ней требованиям, т.е. все основные и вспомогательные параметры находятся в пределах заданной нормы );

неисправное (система не соответствует хотя бы одному из предъявляемых к ней требований);

работоспособное (все основные параметры системы находятся в пределах заданной нормы );

неработоспособное (хотя бы один основной параметр системы не соответствует заданной норме).

Определения на языке теории множеств:

Полное множество состояний системы:

где – множество исправных состояний системы;

– множество неисправных, но работоспособных состояний;

– множество неисправных и неработоспособных состояний.

Множества состояний работоспособных и неисправных систем соответственно

,

Системы строятся таким образом, чтобы при всех наиболее вероятных отказах ее элементов был невозможен переход из множества в , а система оказывалась бы в множестве (пример: отказ маршрутного набора в МРЦ, не приводит к потере работоспособности).

Объект, у которого определяется техническое состояние, называется объектом диагноза .

Диагноз есть процесс исследования объекта диагноза. Результат диагноза – это заключение о состоянии объекта диагноза.

Типы задач по определению состояния технических объектов:

диагноз – определение состояния, в котором находится объект в настоящий момент времени (проверка работоспособности, исправности, поиск неисправностей, испытание ЖАТС);

прогноз – предсказание состояния , в котором окажется объект (эксплуатация ЖАТС, включающая определение периодичности профилактического обслуживания и ремонтов);

генез – определение состояния, в котором находился технический объект ранее (определение причин отказов);

При решении задач прогноза и генеза всегда приходится решать и задачу диагноза.

Требования к объектам исследования технической диагностики:

могут находиться, по крайней мере, в двух взаимоисключающих и различимых состояниях (работоспособном и неработоспособном и др.);

в них можно выделить элементы, каждый из которых подчиняется пункту 1.

Задачи диагноза :

Эквивалентными называются такие неисправности , которые нельзя отличить друг от друга при принятом способе диагноза. Число классов, определяющее степень детализации поиска, называется глубиной поиска (диагноза)

Тесты и системы диагноза

Объект диагноза ОД представляют в виде устройства (см.рис.1), имеющего входы и доступные для наблюдения выходы.

Объекты диагноза делят на:

непрерывные (аналоговые) (значения сигналов принадлежат непрерывным множествам и время непрерывно);

дискретные (значения сигналов задаются на конечных множествах, а время дискретно);

гибридные .

Кроме того, ОД бывают:

комбинационные (без памяти) (в них выходной сигнал взаимнооднозначно соответствует комбинации входных);

последовательностные (с памятью) (в них выходной сигнал зависит не только от значений входных, но и от времени).

Процесс диагноза представляет собой последовательность операций (проверок)
, каждая из которых предусматривает подачу на входы объекта некоторого воздействия и определения на выходах (рабочих, либо дополнительных контрольных) реакции на это воздействие.

Любая диагностическая процедура обязательно связывается с определенным, строго фиксированным списком неисправностей, обнаружение которых обеспечивается при ее проведении.

Совокупность проверок, позволяющих решать какую-либо из задач диагноза, называется тестом :
, а число входящих в него проверок – длиной теста .

По назначению тесты бывают:

Полнота обнаружения неисправностей – это доля гарантированно обнаруживаемых неисправностей относительно всех рассматриваемых неисправностей объекта.

По полноте обнаружения неисправностей различают следующие виды тестов:

По длине тесты делят на:

тривиальные – содержат все возможные для данной системы проверки, предусматривает полное моделирование работы устройства и имеет максимальную длину;

минимизированные (наиболее распространены);

минимальные – содержит минимальное число проверок по сравнению с другими тестами для данного устройства, но требует больших вычислений.

В основе процедуры диагноза лежит алгоритм , который представляет собой совокупность последовательности элементарных проверок и правил анализа результатов этих проверок.

Алгоритм диагноза (измерение и анализ ответов, а иногда и формирование тестовых воздействий) реализуется специальными устройствами – средствами диагноза СД . Взаимодействующие между собой объект диагноза и средства диагноза образуют систему диагноза .

Различают два вида систем диагноза:

1.Системы тестового диагноза . В них тестовые воздействия ТВ на ОД поступают только от СД. Данные системы позволяют выбирать состав и последовательность тестовых воздействий исходя из условий эффективной организации процесса диагностирования, в частности в зависимости от ответов объекта на предыдущие воздействия.

2. Системы функционального диагноза не формируют воздействий на ОД. На ОД и СД поступают только рабочие воздействия РВ, предусмотренные рабочим алгоритмом функционирования объекта. Система диагноза работает в процессе рабочего функционирования ОД и решает задачи проверки правильности функционирования и поиска неисправностей.

В конечном итоге процедура диагноза сводится к сравнению работы идеального устройства (задается моделью ОД) и реального исследуемого устройства.

Таким образом, для проведения процедуры диагноза требуется решать следующие основные задачи :

выбор и построение модели ОД;

синтез теста;

построение алгоритма диагноза;

синтез и реализация средств диагноза.

2. Модели объекта диагноза

Для построения тестов и алгоритмов диагноза необходимо иметь формальное описание объекта и его поведения в исправном и неисправном состояниях – математическую модель диагноза.

Различают модели с явным и неявным описанием неисправностей.

Явная модель объекта диагноза состоит из описаний его исправной и всех неисправных модификаций.

Неявная модель объекта диагноза содержит описание исправного объекта, математические модели его физических неисправностей и правила получения по ним всех неисправных модификаций объекта.

Таблица функций неисправностей (ТФН) является универсальной математической моделью объекта диагноза (пригодна для описания объектов любой природы, как аналоговых, так и дискретных) и принадлежит к классу явных моделей.

Составление таблицы ТФН.

В строках таблицы указывают все возможные проверки , которые могут быть использованы в процедуре диагностирования. Графы таблицы соответствуют исправному и всем возможным неисправным состояниям:
. Каждое неисправное состояние соответствует одной неисправности (одиночной или кратной) из заданного класса неисправностей, относительно которого строится тест. На пересечении -ой графы и -ой строки проставляется результат -ой проверки для системы, находящейся в -м состоянии.

Проверка	Результат проверки для системы, находящейся в состоянии

Как и любая наука, техническая диагностика оперирует специфическим набором терминов и определений, которые установлены ГОСТ 20911-89 «Техническая диагностика. Термины и определения». Ниже приведены некоторые из них.

Техническая диагностика - область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов.

Техническое диагностирование - определение технического состояния. Задачами технического диагностирования являются:

• - контроль технического состояния;
• - поиск места и определение причин отказа (неисправности);
• - прогнозирование технического состояния.

Иногда допускается некорректное применение этих двух терминов в плане отождествления. Поэтому следует четко определиться, что диагностика - это наука, диагностирование - это процесс.

Техническое состояние объекта - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией.

Следует обратить внимание на то, что условия внешней среды должны быть в установленных технической документацией пределах. Например, такой параметр дизель-генераторной установки (ДГУ) тепловоза, как удельный расход топлива, подвержен влиянию барометрического давления, температуры окружающей среды и т.д. Если измеренный удельный расход топлива при испытаниях не привести к нормальным условиям, то в результате можно сделать ошибочный вывод о техническом состоянии ДГУ тепловоза.

Объект технического диагностирования (контроля технического состояния) - изделие и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).

Контроль технического состояния - проверка соответствия значений параметров объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени. Видами технического состояния являются, например, исправное, работоспособное, неисправное, неработоспособное и т.п. в зависимости от значений параметров в данный момент времени.

Диагностический (контролируемый) параметр - параметр объекта, используемый при его диагностировании (контроле).

Прогнозирование технического состояния - определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени.

Рабочее техническое диагностирование - диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия.

Тестовое техническое диагностирование - диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия.

Средства технического диагностирования (контроля технического состояния) - аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль).

Система технического диагностирования - совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным технической документацией.

Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния) - совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования (контроля).

Диагностическая модель - формализованное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования.

Встроенное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), являющееся составной частью объекта.

Внешнее средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), выполненное конструктивно отдельно от объекта.

Специализированное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство, предназначенное для диагностирования (контроля) одного объекта или группы однотипных объектов.

Универсальное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство, предназначенное для диагностирования (контроля) объектов различных типов.

Достоверность технического диагностирования (контроля технического состояния) - степень объективного соответствия результатов диагностирования (контроля) действительному техническому состоянию.

Полнота технического диагностирования (контроля технического состояния) - характеристика, определяющая возможность выявления отказов (неисправностей) в объекте при выбранном методе его диагностирования (контроля).

Глубина поиска места отказа (неисправности) - характеристика, задаваемая указанием составной части объекта, с точностью до которой определяется место отказа (неисправности).

Следует указать, что приведенный перечень терминов и определений, применяемых в технической диагностике, является сокращенным. Поэтому при изучении теоретических основ диагностирования очень важно подробно ознакомиться с содержанием ГОСТ 20911-89.